电池基础知识

（3）什么是电池内阻？
• 内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻 力。有欧姆内阻与极化内阻两部分组成。电池内阻值大， 会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。内阻大 小主要受电池的材料、制造工艺、电池结构等因素的影 响。是衡量电池性能的一个重要参数。注：一般以充电 态内阻为标准。测量电池的内阻需用专用内阻仪测量， 才能确保所得到的值的精确度。
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容量常见单位有：mAh、Ah(1Ah=1000mAh)。
影响电池容量的因素主要有两个方面：一是活性物质的重量；二是活性物质 的利用率。活性物质的利用率包括A、活性物质的活性：残余电化学反应的 能力，与其晶形结构、制造方法和含杂质多少有关；B、电极和电池的结构： 成型方法、极板孔径、厚度、真实表面积大小；C、电解液的组成；D、制 造工艺；E、放电制度（T放、I放、V终）
一、电 池基本知识
1、电 池 组 成 要 素
①基本组成要素有：正极、负极、隔膜、电解液
②辅助组成要素有：集流体、导电柱、外壳等
2、电 池 分 类
锌锰 一次电池 (原电池） 碱锰 锂锰等
电池
二次电池
镍—镉
镍—氢 锂离子电池等
（充电电池）
贮存电池 燃料电池
（1）什么是Li-ion电池？
• Li-ion 电池是由锂电池发展而来。所以在介绍 Li-ion 电池 之前，先介绍锂电池。举例来讲，以前照相机里用的扣 式电池就属于锂电池。锂电池的正极材料是锂金属。负 极材料是碳材。按照大家习惯上的命名规律，我们称这 种电池为锂电池。 • Li-ion电池的正极材料是氧化锂钴，负极材料是碳材。电 池通过正极产生的锂离子在负极碳材中的嵌入与迁出来 实现电池的充放电过程，所以人们称之为Li-ion电池。 • 自1991年日本索尼公司开发成功以碳材料为负极的锂离 子电池以来，锂离子电池已迅速向产业化发展，并在移 动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器上大量应用。
4、为什么会出现电池零电压（低电压）？
• 1 ）电池有无遭受外部短路或过放、反充 （将电池正负极或充电器正负极反接，电 池充电时相当于强制过放）；用电器电路 是否正常；点焊品电池是否又烧焦的痕迹。 • 2）电池有无受高倍率大电流连续过充，导 致电池机芯膨胀，内部正负极直接接触短 路。 • 3）电池内部微短路。
（5）电池的循环寿命
• 电池寿命是衡量二次电池的一个重要参数，在一定的充 放电制度下，电池容量降至某一规定值之前（初始容量 的70%），电池所能承受的循环次数，称为二次电池的 循环寿命。
三、锂离子电池反应机理
锂电池在充电是正极失去电子，同时正极中的锂离子 脱嵌进入溶液，而负极在得到电子的同时，溶液中的锂离 子嵌入负极的碳中形成LixC6，放电是与充电相反，锂离子 从负极脱嵌到正极嵌入，其反应式如下： 负极：
Lix C 6 xe
正极：
放电 充电
xLi 6C
充电
放电

Li1 x CoO2 xe xLi
电池反应：
LiCoO2
Lix C 6 Li1 x CoO
放电 2 充电
6C LiCoO2
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锂电池工作原理即充放电原理。Li-ion电池的正极材料 是氧化钴锂，负极是碳。当对电池进行充电时，电池的正 极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。 而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，到达负极的 锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电 容量越高。同样，当对电池进行放电时（即我们使用电池 的过程），嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回正极。 回正极的锂离子越多，放电容量越高。我们通常所说的电 池容量指的就是放电容量。在 Li-ion 电池 的充放电过程中， 锂离子处于从正极 → 负极 → 正极的运动状态。 Li-ion 电池 就象一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象 运动员一样在摇椅两端来回奔跑。所以， Li-ion 电池又叫 摇椅式电池（Rocking Chair Batteries,简写为RCB）。
二、锂离子电 池 性能指标
● 容量
● 平台
● 内阻
● 工作电压
● 循环寿命
● 自放电
（1）什么是电池的容量?影响电池容量有哪些因素？
• • • 电池的容量有额定容量和标称容量之分。 电池的额定容量是指电池在环境温度为 20℃±5℃条件下，以5h率放电至终 止电压时所应提供的电量，用C5表示。 电池的标称容量是指电池在一定的放电条件下所放出的实际平均电量，主要 受放电倍率和温度的影响（故严格来讲，电池容量应指明充放电条件）。
（2）什么是开路电压？什么是工作电压？
• 开路电压是指电池在非工作状态下即电路中无电流流过 时，电池正负极之间的电势差。一般情况下，Li-ion电池 充满电后开路电压为4.1—4.2V左右，放电后开路电压为 3.0V左右。通过对电池的开路电压的检测，可以判断电 池的荷电状态。 • 工作电压又称端电压，是指电池在工作状态下即电路中 有电流流过时电池正负极之间的电势差。在电池放电工 作状态下，当电流流过电池内部时，不需克服电池的内 阻所造成阻力，故工作电压总是低于开路电压，充电时 则与之相反。Li-ion电池的放电工作电压在3.6V左右。
（3）Li-ion电池有哪些缺点？
• 1） 电池成本较高。主要表现在LiCoO2的价格高（Co的 资源较少），电解质体系提纯困难。 • 2） 不能大电流放电。由于有机电解质体系等原因，电 池内阻相对其他类电池大，故要求较小的放电电流密度， 一般放电电流在1C以下，只适合于中小电流的电器使用。 • 3） 需要保护线路控制。 • A、 过充保护：电池过充将破坏正极结构而影响性能和 寿命；同时过充电使电解液分解，内部压力过高而导致 漏液等问题；因电池在充电过程中电压会不断上升，故 必须在4.1V-4.2V的恒压下充电； • B、 过放保护：过放会导致大量活性物质容量不可逆而 大量衰减，故也需要有保护线路控制。
（2）Li-ion电池有哪些优点？
• Li-ion电池具有以下优点： • 1）单体电池的工作电压高达3.6-3.8是镍-镉、镍-氢电池的三倍； • 2 ）比能量大。目前钢壳电池能达到的实际比能量为 125W.h/kg 和 240-253W.h/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH），随着技术发展，比 能量可高达150W.h/kg和400W.h/L • 3）循环寿命长。一般均可达到500次以上，甚至1000次。 • 4）安全性能好，无公害，无记忆效应。作为Li-ion前身的锂电池， 因金属锂易形成枝晶发生短路，缩减了其应用领域；Li-ion中不含镉、 铅、汞等对环境有污染的元素；部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池 存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但Li-ion电 池不存在这方面的问题。 • 5）自放电小 • 室温下充满电的 Li-ion电池储存1个月后的自放电率为 10%左右，大 大低于Ni-Cd的25-30%，Ni-MH的30-35%。
四、锂离子电池常见故彰分析
1、过充 锂离子电池过充时一方面损坏正极结构，影响寿命；另 一方面析出锂枝晶，引起安全问题。 ►LiCoO2+C＋H2O LiC6+LiyCoO2+ Li
理论上，Li-ion电池在一定倍率的恒流恒压下充电，当充 电转换为恒压4.2V充电后，充电电路中电流为0.01C时，恒 压充电的状态仍在进行，即被视为过充。 过充可能导致漏液、变形、起火、在恒压失效后随着充电 的加深电压达到一定程度(一般限值为6.0V)会引起爆炸，是 损害电池性能的主要原因之一。
5、电池鼓底凸肚的可能原因时什么？ 1.、电池被过充,特别是高倍率大电流连续过; 2、电池被强制过放； 3、电池短路； 4、电解液吸水超标产生气体。
6、电池在什么样的情况下会发生爆炸？ • 电池内的任何部分的固态物质瞬间排出， 被推至离电池25cm以上的距离，称为爆炸。 电池爆炸有以下几种原因： • 1） 内、外部短路超过电池的承受限度； • 2） 过充电。充电电压超过限定值（一般 为超过5V）； • 3） 温度过高（一般超过150℃）； • 4） 重物撞击。
附、圆柱电池生产流程图
极片制作 录 线 焊铝片 上胶圈 上PTC、盖帽 封口 称重分档 清洗 卷 绕 卷芯 电芯芯烘烤 NG 真空注液 NG 称重 OK 补注液 半 成品 电池 铝片 胶圈
极片烘烤
涂 胶 绝缘片
PTC 盖帽
正极片 极片吸尘 隔膜纸 负极片 钢壳 绝缘片 短路全检
上胶片
电解液
全检 OK 化成、分容
（4）什么是自放电率？
• 自放电率又称荷电保持能力，是指电池在开路状态下， 电池所储存的电量在一定条件下的保持能力。主要受电 池的制造工艺、材料、储存条件等因素的影响。是衡量 电池性能的重要参数。 • 注：电池100%充满电开路搁置后，一定程度的自放电正 常现象。在GB标准规定Li-ion后在20±2℃条件下开路搁 置28天，可允许电池有的15%容量损失。
NG
成品 电池
OK
负极点焊
侧电压内阻
标示入库
• 所以一定要注意不要将已充电的电池放在 装有硬币或钥匙串的口袋里。另避免外部 冲击（如：点焊镍带、锡焊等），因为外 部的冲击力会导致电池变形，甚至内部电 极短路。注：点焊时焊针之间的距离一定 要保持在 5-8mm ，另应在电池的底部点焊， 禁止在正面和侧面点焊。
3、过放
• 电池在一定倍率下恒流放电，当电池电压 达到2.75V时，放电状态仍在继续，即为过 放。 • 过放可能导致漏液、零电压以及负电压， 是损害电池性能的主要原因之一。 • 在电池外部加 PCB 板或在充电器中设计保 护线路和/或时限装置来防止过放。
• 2、短路 • 锂离子电池短路时产生极大电流可能会伤 害人，而且容易引起电池的安全问题。 • • 电池短路瞬间电流： I=V/R=4.2/0.06=700A • 人体承受的正常电流： I来自V/R=36/800=0.045A